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Ejerciós rwusltos de p2 de tec
Tipo: Ejercicios
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Introducción y números adimensionales La transferencia de calor por convección en un líquido o gas es un proceso habitual en la mayoría de las aplicaciones industriales. Esta transferencia no solo se produce por conducción, sino también por convección, donde el calor pasa de un fluido a otro o desde un fluido hacia una pared sólida. En los sistemas con flujo turbulento, el gradiente de velocidad es más marcado cerca de la pared, dando lugar a una subcapa viscosa donde el calor se transfiere principalmente por conducción. A medida que se aleja de la pared, la transferencia se ve dominada por convección, igualándose las temperaturas debido al movimiento de los remolinos. El conocimiento de estos perfiles es esencial para diseñar sistemas eficientes de transferencia térmica. El coeficiente convectivo de transferencia de calor a través de un fluido se representa con la ecuación: 𝑞 = ℎ𝐴(𝑇 − 𝑇𝑤) Donde h es el coeficiente convectivo (W/m²·K), A el área de transferencia, T la temperatura promedio del fluido y Tw la temperatura de la pared. Esta ecuación permite determinar la tasa de transferencia de calor de un fluido a una superficie sólida o viceversa. La eficiencia del proceso depende directamente del valor del coeficiente h, el cual se ve afectado por múltiples factores como la velocidad del flujo, la rugosidad de la superficie y la viscosidad del fluido. Factores de forma y geometrías de conducción. Existen distintas configuraciones geométricas que afectan la transferencia de calor, incluyendo: Cilindro en un cuadrado Cilindro enterrado horizontal Cilindros paralelos Esfera enterrada Cada una tiene una expresión específica para el término de forma S, relacionado con la longitud, el radio y la separación entre los cuerpos. Estas configuraciones permiten modelar y calcular la resistencia térmica en diferentes condiciones físicas, como el caso de tuberías enterradas o instalaciones industriales con múltiples conductos. Los valores de S permiten simplificar el análisis mediante soluciones analíticas o numéricas, dependiendo del grado de precisión requerido.
Siendo D una dimensión característica como el diámetro en una tubería. El número de Nusselt se utiliza para cuantificar la mejora del transporte de calor en convección en comparación con la conducción pura. En general, un Nusselt alto implica una mayor eficiencia de transferencia de calor. Número de Reynolds (Re). Determina el tipo de flujo: Re = (ρuD)/μ Donde ρ es la densidad, u la velocidad del fluido, D el diámetro hidráulico y μ la viscosidad. Si Re < 2100 se considera flujo laminar, si Re > 4000 es turbulento, y entre ambos es transitorio. Esta relación aplica si el calentamiento o enfriamiento se produce bajo flujo completamente desarrollado. Para flujos térmica e hidrodinámicamente desarrollados en conductos circulares, también se puede emplear Nu = 3.66 para condiciones de pared isotérmica constante. Para otras condiciones, existen otras correlaciones. Aplicaciones prácticas
